水平-竖向-扭转荷载下吸力沉箱基础承载特性数值研究

海上风机吸力沉箱基础承受结构自重及环境因素引起的竖向、水平、扭转荷载,处于复合加载状态。以位于饱和黏土地基上长径比为0.25～1.0的单桶沉箱基础为对象,ABAQUS为计算工具,研究沉箱基础的承载特性,并考虑沉箱与地基土的摩擦接触作用。首先分析沉箱基础在单一的竖向荷载、水平荷载及扭转荷载作用下的极限承载力,并给出沉箱基础在这些荷载组合下的破坏包络面,其中倾覆力矩通过施加偏心水平荷载实现。结果表明,沉箱基础的竖向承载力可用改进的经典承载力公式计算,而水平承载力系数在给定的接触条件下随沉箱长径比增加而减少,扭转承载力与理论预测结果非常吻合;扭转荷载对沉箱的竖向承载力影响较大,但对水平承载力影响较小;不同扭转荷载下的V-H包络面可用椭圆曲线拟合。     

底面为曲面基础地基极限承载力上限解

为了解决曲面基础作用于土体的极限承载力问题,改进了 Prandtl 机构和 Hill 机构,利用极限分析理论,得到了底面为曲面基础地基极限承载力的上限解;通过两者的比较,以及与底面为平面基础地基极限承载力的比较,所得的上限解大于处于地基表面的平面基础地基极限承载力的上限解,小于埋深为基础宽度一半的平面基础地基极限承载力的上限解,研究结果可供地基承载力设计及计算参考。     

地震作用下临近边坡的条形基础极限承载力研究

地震荷载对基础的极限承载力起着不利影响,但目前尚缺少系统的关于地震作用下的边坡地基极限承载力的研究。极限分析法是一种解决复杂岩土问题的严格分析方法,利用基于极限分析上限法的(discontinuity layout optimization(DLO))数值模拟技术,通过拟静力法考虑水平地震作用,对置放于边坡顶部条形基础的极限承载力进行研究,给出了地震荷载作用下临近边坡条形基础的极限承载力系数设计图,可用于地震荷载作用下边坡地基极限承载力的初步估算。研究表明,与水平地基不同,边坡地基的承载力研究同时涉及边坡稳定和极限承载力两类岩土工程问题,土体自重、内摩擦角及黏聚力均会对其产生耦合影响。已往研究中承载力系数的计算沿用水平地基研究方法对Nc,Nγ进行独立计算,并线性叠加计算极限承载力,未考虑边坡稳定问题对承载力研究带来的复杂性,对c–φ型边坡的极限承载力造成低估。     

大跨度散装平房仓柱下独立基础地基承载力计算

在较大粮食水平推力作用下 ,大跨度散装平房仓柱下独立基础处于较大的大偏心受压状态 ,用常规规范的设计方法不适于此类地基承载力的计算。本文结合工程实例用规范方法和汉森极限承载力公式分别对大跨度散装平房仓柱下独立基础地基承载力进行了对比分析 ,并对汉森极限承载力公式进行简化 ,为工程设计人员提供更全面、合理、实用的计算柱下独立基础地基承载力的方法     

桶形基础单桶水平承载力的试验研究

对９０ 年代在挪威产生的一种新型基础---桶形基础在软土地区的水平承载力进行了模型试验研究,根据测得的桶体两侧的土体抗力变化情况,分析了桶体在水平荷载作用下的变位以及与土的相互作用,提出了计算桶形基础单桶水平承载力的方法。     

下压荷载作用下桩—桶基础结构设计及数值模拟

运用ABAQUS软件分析不同尺寸的桩—桶基础在相同下压位移时的下压荷载的变化,并对桩—桶基础进行结构设计。桩—桶基础的主要尺寸包括桶顶以下入土桩长(L3),桶半径(R)及桶壁高(H),不同尺寸的桩—桶基础在地基土达到破坏时的极限荷载各不相同,增加L3,R及H能提高基础的抗压承载力;R的变化对基础的抗压承载力最大,其次是L3的变化,最后是H的变化。通过变化桩—桶基础结构的几何尺寸可以得到结构不同的承载力,以分析结构内力变化的规律,若其他尺寸不变,桶径增大1.67倍,桩—桶基础极限抗压承载力可提高60%,桶高增大40%,基础极限承载力可提高5%,桩长增长一倍,基础极限承载力提高33%,故桶径的变化对桩—桶基础的承载力影响最大。为了将桩与桶两者的工程优势充分发挥出来,并考虑到工程经济性原则,从而设计出几何尺寸合适的桩—桶基础结构,使其承载力性能高,结构内力相对小且分布均匀。     

基于Terzaghi极限承载力理论的加筋地基承载力研究

为研究筋带对地基承载力的影响,基于Terzaghi极限承载力理论,采用极限平衡法和条分法计算了无黏性土加筋地基的极限承载力。首先,将地基滑裂土体分为主动区、过渡区和被动区。其中,主动区侧面与水平面的夹角δ_1不再为固定值,而应满足地基破坏时承载力最小的原则。其次,过渡区滑面为对数螺旋线,计算时采用折线代替从而将过渡区划分为若干三角条块。最后,将筋带等效为作用在三角条块上的拉力,利用极限平衡理论计算被动区、过渡区、主动区各条块的受力,求出不同δ_1对应的地基极限承载力,进而可得到最小地基承载力。同时,分析了筋带层数、埋深和间距、长度及内摩擦角对地基承载力的影响。通过与试验数据对比,验证了本文方法的可行性。     

斜坡地基极限承载力上限解计算与分析

基于极限平衡法和极限分析法理论,建立了一个新的能考虑坡后土体坡度影响的斜坡地基承载力计算模式,推导出一个上限解公式,并与有限元方法和其他上限解计算结果进行了比较分析。分析结果表明,所得结果与斜坡地基极限承载力的真实解较为接近,能较好地反映实际的斜坡地基的承载力。此外,编制斜坡地基坡后土体发挥系数的计算程序,分析了斜坡地基内摩擦角、基础下侧土体坡度、基础上侧土体坡度、相对坡顶距及基础相对埋深等因素对斜坡地基极限承载力上限解的影响,得到了不同情况下斜坡地基的承载力系数和坡后土体的发挥系数。研究成果可用于斜坡地基的理论分析,为斜坡地基的设计提供依据。     

地基极限承载力的参数敏感性分析

基于地基极限承载力的理论公式,采用单因素敏感性分析方法,计算分析了土体抗剪强度指标变化对地基极限承载力的影响规律;分析表明,土体内聚力和内摩擦角对地基承载力特征值的敏感性影响规律不同,土体内摩擦角的变化对地基承载力特征值的影响敏感于内聚力的变化对地基承载力特征值的影响;基底的光滑程度不同,其抗剪强度指标对极限承载力的敏感性影响有较大差异。     

基于鲁棒性的地基土承载力设计研究

地基土承载水平的确定至关重要,而岩土工程设计中仅考虑了地基土承载能力,忽略了设计的安全度稳定水平。针对岩土参数的不确定性对地基土承载力及计算模式的不同及对地基土极限承载力稳定水平的影响,提出基于鲁棒性的地基土承载力设计思路。首先将岩土参数作为不确定因素,利用平均值及标准差考虑参数的不确定性;其次设定基础几何尺寸作为设计参数,将承载力极限状态方程作为功能函数进行地基土承载力设计。鲁棒性设计避免了传统设计方法忽略岩土参数不确定性的不合理性,将鲁棒性作为地基土承载力的安全性评价标准,并结合经济性对基础进行多目标优化设计。通过与传统设计对比分析,证明了基于鲁棒性的地基土承载力设计方法的合理性与重要性。     

VM荷载下双层饱和黏土地基承载特性数值分析

复合加载下地基的承载特性是港口、海洋工程基础设计的关键问题。近来,极限荷载包络图取代了经典的承载力计算方法,用于评价复合加载下地基的组合极限承载力。以大型通用有限元软件ABAQUS为计算工具,对VM荷载作用下层状饱和黏土地基上基底完全粘结的条形基础承载力进行系统的变参数计算,研究地基土层强度特性、荷载组合等因素对地基承载力及破坏模式的影响规律,得出VM荷载作用下极限荷载的包络图,为港口、海洋工程基础设计提供参考。     

桶形基础极限承载力特性研究

通过有限元计算，分析了不同长径比下横向和竖向承载力、载荷位移曲线以及耦合载荷作用下的极限承载力特性，并与实验结果进行了对照。结果表明：当竖向压力小于某临界值时，基础的横向极限承载力随着竖向压力的增加而增加；但是当竖向压力增大到超过该临界值以后，横向极限承载力反而会随竖向压力的增大而降低。随着长径比的增加，基础承载力，特别是横向承载力有比较明显的提高。     

桥梁群桩基础非线性静力计算模型及拟静力试验研究

 线弹性地基反力法(m法)仅适用于正常使用时桥梁桩基础变位较小的情况,但在强震作用下基础的变位较大。为了研究桩基础在地基土及桩身进入非线性状态下的水平承载能力及变形特性,通过群桩基础缩尺比例模型,采用拟静力试验研究桩基础的破坏机制、承载能力、变形性能以及滞回特性。提出水平荷载作用下群桩基础的非线性静力计算模型,在该模型中采用分布PMM塑性铰模拟变轴力作用下桩身的弹塑性,采用美国API规范给出的p-y曲线、t-z曲线以及q-z曲线模拟地基土的非线性(其中,p为桩侧土水平抗力,y为水平位移,t为桩周土竖向摩阻力,q为桩端土竖向抗力,z为桩土竖向相对位移)。研究结果表明：(1) 本文提出的分析模型与模型试验结果吻合较好;(2) 可采用Clough退化双线性模型模拟桩基础的滞回特性;(3) 桩身受力薄弱部位在桩顶以下0～4倍桩径范围内。研究结果可为应用能力谱法评价桩基础的抗震性能提供参考。     

Foundation strengthening by piles constructed by means of pneumatic punches

The writers propose methods for strengthening foundations on natural bases under straitened conditions by means of driven inclined and horizontal metal pipes filled with concrete, as well as by bored piles formed in the soil and constructed by using pneumatic punches. Results of investigations of the bearing capacity of the strengthened foundations are presented.Krasnoyarsk Civil Engineering Institute. Krasnoyarsk PromstroiNIIproekt Institute. Translated from Osnovaniya, Fundamenty i Mekhanika Gruntov, No. 4, pp. 26–28, July–August, 1993.     

复杂地基极限承载力半解析解

本文研究了复杂地基极限承载力的半解析解答。通过非均质非线性各向异性破坏准则，建立了复杂地基极限平衡理论，导出了滑移线斜率公式、应力沿滑移线微分方程。分析滑动区域应力变化规律，导出了有内摩擦与无内摩擦各向异性地基及非线性地基的极限承载力解析式，计算了各种复杂地基承载力系数解答。研究结果表明：岩土材料各向异性降低了地基承载力；非线性地基承载力可由拉压强度比控制。本文成果简化到线性各向同性地基中，与Ｐｒａｎｄｔｌ解、Ｒｅｉｓｓ－ｎｅｒ解、索科洛夫斯基公式及太沙基结果相吻合。     

基于滑移线场理论斜坡条基极限承载力解析解

在工程建设领域,经常需要把基础设置在斜坡地基上,但在现行成果中,对斜坡地基极限承载力的确定并没有给出具体计算方法。为合理确定斜坡地基极限承载力,从而为斜坡地基上的基础设计提供理论依据,并有效降低基础工程的建设成本,本文基于滑移线场理论,建立了斜坡地基的滑移破坏模型,进而根据斜坡地基坡前、坡后土体的塑性边界条件,推导了无重土斜坡地基极限承载力解析公式。同时,提出了采用有限差分方法获取斜坡地基滑移线场及应力分布场的方法。实例计算表明,滑移线解小于极限平衡解及有限元解,主要误差来自于地基土自重的影响,但总体误差在10%以下,本文所述解析法可用于斜坡地基极限承载力的快速估算。     

Combined loading of strip footings on sand-over-clay with layers of varying extents

This study describes the numerical analyses performed to investigate the bearing capacity of strip footings placed on granular (frictional) material overlying soft clay subjected to combined vertical-horizontal and vertical-moment loading. A plane-strain finite element limit analysis is used to estimate the limiting load combinations for two layer soil geometries where the top layer is either fully extended in the horizontal direction or it is of limited horizontal extent, representative of rock or gravel berms commonly used in offshore practice.Bearing capacity envelopes for combined vertical, horizontal and/or moment loading are well-documented in the literature for cases of footings resting on single sand or clay soil. For two-layer sand-over-clay soil with a horizontally extensive top layer, the vertical-horizontal and vertical-moment envelopes initially coincide with the envelope for a single sand layer at low vertical loads, but show an abrupt reduction in the horizontal or moment capacity as the vertical load increases beyond a certain critical vertical load. The critical vertical load is found to vary as a function of the thickness and the lateral extent of the upper layer. Relationships are presented to enable the vertical-horizontal and vertical-moment envelopes to be estimated based on the problem geometry and material properties.The findings in this study provide insight into the response of subsea foundations placed on rock or gravel of limited extent overlying a clay seabed as well as the general response of shallow foundations on two-layer profiles.     

Foundations bearing capacity subjected to seepage by the kinematic approach of the limit analysis

An estimate of the ultimate load on foundations on soil layers subject to groundwater flow has been presented. The kinematic approach of the limit analysis was employed to find the upper-bound limit of the bearing capacity. Both smooth and rough base strip foundations were considered associated with different collapse patterns. Presence of the groundwater flow leads to a non-symmetric collapse pattern, i.e., a weak side and a strong side in two-sided collapse patterns, depending on the direction of the flow. It was found that the bearing capacity has a decreasing trend with increase in the groundwater flow gradient and hence, a reduction factor has been introduced to the third term in the bearing capacity equation as a function of the flow gradient.     

The Undrained Vertical Bearing Capacity of Skirted Foundations

Skirted foundations are becoming an increasingly prevalent offshore foundation solution for the oil and gas and renewable energies industries. Their capacity under combined horizontal, vertical and moment loading must be found in order to ensure their stability under environmental loadings. As part of this process, knowledge of the vertical bearing capacity is required. In this paper, the vertical bearing capacity of skirted foundations on normally consolidated undrained soil was investigated using numerical and physical modelling. Finite element analyses were carried to investigate the vertical bearing capacity of foundations with different geometries for various embedment ratios. Accompanying upper bound plasticity analyses highlighted the mechanistic reasons for the varying response and allowed examination of the effect of changing skirt interface friction. Analyses showed that skirted foundation capacity under vertical load may be considered normally as if the foundation is rigid with an embedment depth equal to the skirt depth. Based on the numerical analysis, a design method is proposed to calculate vertical bearing capacity. Finally, good agreement with results from a series of centrifuge model tests partially validated the design method.     

泉州市区人工挖孔桩基质量事故分析

根据福建泉州市区12个工程桩基的静载试验资料,初步分析了桩基工程经常出现质量事故的原因;指出该区多层建筑人工挖孔桩基础宜选择残(坡)积砂质粘土作为桩端持力层;对于此类桩的单桩极限承载力主要取决于受施工扰动“软化”程度及清孔情况影响的极限桩端阻力值,而增大桩端扩头直径和嵌入持力层深度对提高单桩极限承载力不起显著作用.